Static and dynamic lateral deflexion of piles in non-homogeneous soil stratum

Abstract

The Paper presents the results of a systematic parametric investigation of the static and dynamic response of single free-head piles embedded in a soil stratum, the modulus of which increases linearly with depth. The study is conducted by means of a dynamic finite-element formulation which accounts for the three-dimensionality of soil deformation while properly reproducing the radiation damping characteristics of the system. The soil is modelled as a linear hysteretic continuum and the excitation consists of a sinusoidally time-varying horizontal force or moment, applied at the pile head. Comprehensive plots of the results are presented in non-dimensional form, for a wide range of the most significant dimension-less groups of problem parameters. For the response of flexible piles, in particular, simple algebraic expressions are developed in terms of the ratio Ep/Es, of the pile and soil moduli. These expressions, being valid for several values of Poisson's ratios of the soil, compare favourably with results from previous studies and are expected to be useful in practical design calculations. Cet article donne les résultats de recherches paramétriques systématiques sur la réponse statique et dynamique des pieux libres en tête encastrés dans une couche de sol dont le module s'accroît linéairement avec la profondeur. L'étude est basée sur une formulation d'éléments finis dynamiques qui tient compte de la nature tridimensionelle de la déformation du sol, en même temps qu'elle reproduit de façon correcte les caractéristiques d'amortissement du systéme. Le sol est modehsé comme un continuum avec hystérśsise linéaire et l'excitation consiste en une force horizontale qui varie de façon sinusoidale dans le temps appliquée en tête du pieu. Les résultats sont tracés de maniére compréhensive sous une forme non-dimensionnelle pour une grande variété des groupes les plus importants des paramétres sans dimensions caractérisant le probléme. Plus particuliérement pour la réponse des pieux flexibles des expressions simples algébriques sont présentées en fonction du rapport Ep/Es des modules du pieu et du sol. Ces expressions, qui sont valables pour plusieurs valeurs du coefficient de Poisson pour le sol sont supérieures à celles fournies par les etudes précédentes, et on s'attend à ce qu'elles soient utiles pour els calculs pratiques des projects de fondations.